RU192170U1

RU192170U1 - UNDERWATER SEARCH UNIT

Info

Publication number: RU192170U1
Application number: RU2019117469U
Authority: RU
Inventors: Марина Петровна Лебедева; Алексей Олегович Лебедев
Priority date: 2019-06-04
Filing date: 2019-06-04
Publication date: 2019-09-05

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к подводному судостроению, а именно к неавтономным (привязным) необитаемым подводным аппаратам (ПНПА), предназначенным для наблюдений и исследований морского дна на небольших глубинах. Подводный поисковый аппарат содержит, так же как и прототип, корпус, выполненный в виде эллипсоида вращения, движители горизонтального хода, видеокамеру и кабель-трос, соединяющий аппарат с судном-носителем. В отличие от прототипа, вертикальная ось корпуса аппарата лежит в плоскости мидель-шпангоута, при этом аппарат дополнительно содержит устройство изменения положения центра тяжести, расположенное внутри корпуса, в свою очередь, движители горизонтального хода закреплены на корпусе в плоскости мидель-шпангоута. По сравнению с прототипом в предлагаемом аппарате задействованы только два движителя, что позволяет снизить величину потребляемой аппаратом энергии, а также снизить металлоемкость аппарата за счет уменьшения диаметра кабель-троса. 1 ил.The proposed utility model relates to underwater shipbuilding, namely to non-autonomous (tethered) uninhabited underwater vehicles (PNPA), designed for observations and studies of the seabed at shallow depths. The underwater search apparatus contains, as well as the prototype, a hull made in the form of an ellipsoid of revolution, horizontal thrusters, a video camera and a cable cable connecting the device to the carrier vessel. Unlike the prototype, the vertical axis of the body of the apparatus lies in the plane of the midship frame, while the apparatus additionally contains a device for changing the position of the center of gravity located inside the body, in turn, horizontal propulsion devices are mounted on the body in the plane of the midship frame. Compared with the prototype, only two propulsors are used in the proposed device, which allows to reduce the amount of energy consumed by the device, as well as to reduce the metal consumption of the device by reducing the diameter of the cable. 1 ill.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к подводному судостроению, а именно к неавтономным (привязным) необитаемым подводным аппаратам (ПНПА), предназначенным для наблюдений и исследований морского дна на небольших глубинах.The proposed utility model relates to underwater shipbuilding, namely to non-autonomous (tethered) uninhabited underwater vehicles (PNPA), designed for observations and studies of the seabed at shallow depths.

Указанную группу аппаратов составляют погружаемые под воду и управляемые с поверхности судна технические средства, оснащенные оборудованием, соответствующим характеру выполняемых задач (см. Аппараты необитаемые подводные. Классификация. ГОСТ Р 56960-2016, Москва, Стандартинформ, 2016).The indicated group of apparatuses is technical means immersed under water and controlled from the surface of the vessel, equipped with equipment corresponding to the nature of the tasks performed (see Uninhabited underwater apparatuses. Classification. GOST R 56960-2016, Moscow, Standardinform, 2016).

Среди привязных аппаратов, предназначенных для поисковых и исследовательских работ на глубинах до 150 м., наибольшее распространение получили малогабаритные, мобильные НПА, имеющие равностороннюю или вытянутую вдоль горизонтальной оси каркасную конструкцию с обтекаемым фронтальным контуром (пат. RU №130292, 20.07.2013, пат. CN 201510376873 А1, 01.07.2015, пат. US №2010212574 А1, 18.10.2010 и др.) Аппараты оснащены осветительным оборудованием, видеокамерами, операционной системой и модулем плавучести и связаны с судном-носителем кабель-тросом, через который на НПА поступают сигналы управления и электропитание, а обратно передаются показания датчиков и видеосигналы. Движительно-рулевой комплекс аппаратов, как правило, состоит из горизонтальной и вертикальной групп движителей. Благодаря расположению горизонтальных движителей обеспечивается управление аппарата по курсу, а также маршевое и лаговое перемещение. Оси вращения движителей вертикальной группы расположены параллельно вертикальной оси подводного аппарата симметрично относительно продольной и поперечной плоскостей, что позволяет управлять вертикальным движением подводного аппарата, а также его угловым движением по крену и дифференту.Among tethered devices designed for search and research at depths of up to 150 m, the most widely used are small-sized, mobile NPAs having a frame structure with a streamlined frontal contour equilateral or elongated along the horizontal axis (Pat. RU No. 130292, July 20, 2013, Pat CN 201510376873 A1, 07/01/2015, US Pat. No. 20100212574 A1, 10/18/2010, etc.) The devices are equipped with lighting equipment, video cameras, an operating system and a buoyancy module and are connected to the carrier vessel by a cable cable through which I enter t control signals and power supply, and sensor readings and video signals are transmitted back. The propulsion-steering complex of vehicles, as a rule, consists of horizontal and vertical groups of propulsors. Due to the location of the horizontal movers, the apparatus is controlled at the heading, as well as marching and lag movement. The axis of rotation of the vertical movers is located parallel to the vertical axis of the underwater vehicle symmetrically with respect to the longitudinal and transverse planes, which allows you to control the vertical movement of the underwater vehicle, as well as its angular movement along the roll and trim.

К недостаткам приведенных выше аналогов относятся низкие ходовые и маневренные качества, особенно низкая устойчивость на курсе, что характерно для тел с плохообтекаемой формой. Кроме того, расположение телеаппаратуры только спереди корпуса ограничивает информационные возможности НПА, не позволяя осуществлять круговой осмотр и одновременное наблюдение за внешней обстановкой с разных сторон от аппарата.The disadvantages of the above analogues include low running and maneuverability, especially low stability on the course, which is typical for bodies with a poorly streamlined shape. In addition, the location of the television equipment only in front of the housing limits the information capabilities of the non-regulatory legal system, not allowing circular inspection and simultaneous monitoring of the external environment from different sides of the apparatus.

Известен английский аппарат (см. заявку Великобритании N 2177352, кл. В63G 8/00, 1987), имеющий обтекаемый легкий корпус сплющенной формы, охватывающий систему прочных корпусов сферической и/или цилиндрической формы, в носовой оконечности которых размещена с возможностью поворота в диаметральной плоскости телекамера, а на корпусе жестко закреплен источник света. Два маршевых движителя смонтированы в трубах и размещены в кормовой части прочных корпусов. Система маневровых движителей состоит из двух вертикальных движителей и одного лагового, смонтированных в каналах, проходящих через корпуса аппарата. Кабель-трос механически закреплен в верхней части НПА между легкими и прочными корпусами.The English apparatus is known (see British application N 2177352, class B63G 8/00, 1987), having a streamlined lightweight housing of flattened shape, covering a system of strong housings of a spherical and / or cylindrical shape, in the nose of which is rotatably placed in a diametrical plane a television camera, and a light source is rigidly fixed to the body. Two marching movers are mounted in pipes and placed in the aft of the robust hulls. The system of shunting propulsors consists of two vertical propulsors and one lag, mounted in channels passing through the body of the apparatus. The cable cable is mechanically fixed in the upper part of the NPA between the light and strong housings.

По сравнению с предыдущими аналогами аппарат обладает лучшими ходовыми, прочностными и информационными свойствами. При этом НПА характеризуется такими серьезными недостатками, как пониженная скорость на заднем ходу и низкая устойчивость по курсу, что снижает технологические возможности и надежность аппарата.Compared with previous analogues, the device has the best running, strength and informational properties. At the same time, NPA is characterized by such serious shortcomings as reduced speed in reverse and low stability along the course, which reduces the technological capabilities and reliability of the apparatus.

Из известных устройств наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого решения по технической сущности и назначению является подводный поисковый аппарат по пат.RU №2039678, МПК В63В 21/66, опубл. 20.07.1995.Of the known devices, the closest analogue (prototype) of the proposed solution according to the technical nature and purpose is the underwater search apparatus according to Pat. RU No. 2039678, IPC V63B 21/66, publ. 07/20/1995.

Корпус аппарата-прототипа выполнен в виде эллипсоида вращения, большая ось которого совпадает с направлением осей маршевых движителей. Аппарат оснащен осветительным оборудованием и видеокамерой и связан с судном-носителем кабель-тросом, через который на НПА поступают сигналы управления и электропитание, а обратно передаются видеосигналы. Установленные на корпусе движители обеспечивают перемещение аппарата в горизонтальной и вертикальной плоскостях.The body of the prototype apparatus is made in the form of an ellipsoid of revolution, the large axis of which coincides with the direction of the axes of the marching propulsors. The device is equipped with lighting equipment and a video camera and is connected to the carrier vessel with a cable-cable, through which control signals and power supply are received at the NPA, and video signals are transmitted back. Motors installed on the body provide the device to move in horizontal and vertical planes.

К недостаткам конструкции следует отнести наличие двух пар движителей, требующих значительного энергопотребления и сложного управления. Это, в свою очередь, приведет к необходимости применения кабель-троса большого диаметра и жесткости, что в конечном итоге вызовет дополнительное увеличение гидродинамического сопротивления аппарата и снижение его ходовых качеств.The disadvantages of the design include the presence of two pairs of propulsion devices requiring significant power consumption and complex control. This, in turn, will lead to the need for a large cable diameter and stiffness, which ultimately will cause an additional increase in the hydrodynamic resistance of the device and a decrease in its driving characteristics.

Предлагаемое устройство позволяет решить проблему снижения электропотребления аппарата, осуществляющего наблюдение и исследования морского дна на небольших глубинах.The proposed device allows to solve the problem of reducing the power consumption of the apparatus, which monitors and studies the seabed at shallow depths.

Для решения проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в подводном поисковом аппарате, содержащем, так же как и прототип, корпус, выполненный в виде эллипсоида вращения, движители горизонтального хода, видеокамеру и кабель-трос, соединяющий аппарат с судном-носителем, в отличие от прототипа вертикальная ось корпуса лежит в плоскости мидель-шпангоута, при этом аппарат дополнительно содержит устройство изменения положения центра тяжести, расположенное внутри корпуса, в свою очередь, движители горизонтального хода закреплены на корпусе в плоскости мидель-шпангоута. При этом движители горизонтального хода выполнены в виде гребных винтов в направляющих насадках.To solve the problem, the following set of essential features is used: in an underwater search apparatus, which contains, like the prototype, a body made in the form of an ellipsoid of revolution, horizontal propulsion engines, a video camera and a cable cable connecting the device to the carrier vessel, unlike of the prototype, the vertical axis of the body lies in the plane of the midship frame, and the apparatus further comprises a device for changing the position of the center of gravity located inside the body, in turn, horizontal x and secured to the housing in a plane midship frame. In this case, the horizontal propulsors are made in the form of propellers in the guide nozzles.

Сущность полезной модели заключается в том, что управление движением аппарата, выполненным в виде тела вращения, осуществляется за счет двух движителей горизонтального хода и устройства изменения положения центра тяжести, позволяющим аппарату перемещаться внутри толщи воды, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении и при этом позиционироваться на течении. По сравнению с прототипом в предлагаемом аппарате задействованы только два движителя, что позволяет снизить величину потребляемой аппаратом энергии, а также снизить металлоемкость аппарата за счет уменьшения диаметра кабель-троса.The essence of the utility model lies in the fact that the movement of the apparatus, made in the form of a body of revolution, is controlled by two horizontal motion propellers and a device for changing the position of the center of gravity, which allows the apparatus to move inside the water column, both horizontally and vertically and at this positioned on the current. Compared with the prototype, only two propulsors are used in the proposed device, which allows to reduce the amount of energy consumed by the device, as well as to reduce the metal consumption of the device by reducing the diameter of the cable.

Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что поставленная задача - снижение энергопотребления подводного поискового аппарата, решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».A comparison of the proposed device and the prototype showed that the task is to reduce the energy consumption of the underwater search engine, is solved as a result of a new set of features, which proves the proposed utility model meets the patentability criterion of "novelty".

Сущность заявляемой полезной модели поясняется графическими материалами, где (фиг. 1) изображены вид подводного аппарата сбоку и сверху.The essence of the claimed utility model is illustrated by graphic materials, where (Fig. 1) shows a view of the underwater vehicle from the side and top.

Подводный поисковый аппарат содержит корпус 1, выполненный в виде эллипсоида вращения. На корпусе закреплены гребные винты в насадках 2 с приводами 3, управляемыми с судна-носителя. Внутри корпуса 1 размещено устройство изменения положения центра тяжести, выполненное в виде штанг 4 с червячной передачей для перемещения грузов, перемещаемых грузов 5 и приводов 6 перемещения грузов, управляемых с судна-носителя.Underwater search apparatus includes a housing 1 made in the form of an ellipsoid of revolution. Propellers are fixed on the hull in nozzles 2 with actuators 3 controlled from the carrier vessel. Inside the housing 1 there is a device for changing the position of the center of gravity, made in the form of rods 4 with a worm gear for moving goods, moving goods 5 and drives 6 for moving goods controlled from the carrier ship.

Устройство изменения положения центра тяжести, расположенное внутри корпуса аппарата в плоскости движителей, позволяет изменять угол крена и дифферента. В свою очередь форма корпуса исключает влияние угла дрейфа на гидродинамические силы, а гидродинамический момент на корпусе относительно центра аппарата всегда равен нулю. Предлагаемое расположение движителей обеспечивает прямолинейное движение аппарата, как в горизонтальной плоскости, так и при погружении с углом атаки. В отсутствии течения остановку аппарата можно осуществить путем реверса гребных винтов.The device for changing the position of the center of gravity, located inside the apparatus in the plane of the propulsors, allows you to change the angle of heel and trim. In turn, the shape of the hull eliminates the influence of the drift angle on the hydrodynamic forces, and the hydrodynamic moment on the hull relative to the center of the apparatus is always zero. The proposed location of the propulsors provides a rectilinear movement of the apparatus, both in the horizontal plane and when immersed with an angle of attack. In the absence of flow, the apparatus can be stopped by reversing the propellers.

Размеры корпуса выбираются в зависимости от размеров и компоновки аппаратуры, устанавливаемой на борту аппарата, при этом кинематические параметры его движения остаются неизменными. Погружение и всплытие аппарата, а также движение по круговой траектории обеспечивается за счет хода аппарата и изменения углов крена и дифферента. Последнее осуществляется устройством изменения положения центра тяжести аппарата. Позиционирование аппарата на течении осуществляют с помощью движителей горизонтального хода, предварительно развернув аппарат навстречу потоку.The dimensions of the case are selected depending on the size and layout of the equipment installed on board the device, while the kinematic parameters of its movement remain unchanged. The immersion and ascent of the apparatus, as well as the movement along a circular path, is provided due to the course of the apparatus and changes in the angles of heel and trim. The latter is carried out by a device for changing the position of the center of gravity of the apparatus. The positioning of the apparatus on the flow is carried out using horizontal propulsion thrusters, having previously deployed the apparatus towards the flow.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Два движителя 2, расположенных в плоскости мидель-шпангоута корпуса 1, обеспечивают устойчивое прямолинейное движение, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. Изменение направления движения в горизонтальной плоскости выполняется за счет изменения частоты вращения движителей 2. При наличии течения на корпус 1 аппарата воздействует боковая составляющая скорости, приводящая к дрейфу аппарата в направлении течения. Парировать эту составляющую можно движителями 2, предварительно установив аппарат против течения. Движение аппарата в вертикальной плоскости выполняется с помощью системы изменения положения центра тяжести аппарата, приводящее к изменению дифферента. Спуск аппарата выполняется по глиссаде.Two movers 2, located in the plane of the mid-frame of the housing 1, provide stable rectilinear movement, both in horizontal and vertical planes. Changing the direction of movement in the horizontal plane is carried out by changing the speed of the propulsors 2. In the presence of a current, the lateral velocity component acts on the apparatus body 1, leading to the drift of the apparatus in the direction of flow. This component can be counteracted by movers 2, having previously installed the device against the current. The movement of the apparatus in a vertical plane is performed using a system for changing the position of the center of gravity of the apparatus, leading to a change in trim. The descent of the device is carried out along the glide path.

Подводный поисковый аппарат разработан специалистами лаборатории мореходных качеств судов ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О.Макарова» в составе научно-исследовательской работы. Были произведены расчеты, показавшие возможность использования аппарата для наблюдений и исследований морского дна на глубинах до 150 м.The underwater search engine was developed by the specialists of the Seaworthiness Laboratory of Ships of the Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education “State University of the Sea and River Fleet named after Admiral S.O. Makarov” as part of the research work. Calculations were made that showed the possibility of using the apparatus for observations and studies of the seabed at depths of up to 150 m.

Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «промышленная применимость».The above allows us to conclude that the utility model meets the criterion of "industrial applicability".

Claims

An underwater search apparatus comprising a housing made in the form of an ellipsoid of revolution, horizontal propulsion engines, a video camera and a cable cable connecting the apparatus to a carrier vessel, characterized in that the vertical axis of the apparatus body lies in the mid-frame plane, the apparatus further comprising a device for changing the position of the center of gravity located inside the body, in turn, the horizontal propulsors are mounted on the body in the mid-frame plane.